معرفی hardraid و softraid و انواع آن

Redundant Array of Inexpensive Disks  ایجاد یک واحد از مجموع چند هارد دیسک میباشد. در واقع با قرار دادن چند هارد دیسک در کنار هم و پیاده سازی RAID همه هارد دیسکهای ما به یک واحد تبدیل میشوند و سیستم همه آنها را فقط به عنوان یک منبع واحد می بیند که بسته به اینکه چه سطحی از RAID پیاده سازی شده باشد میتواند باعث افزایش کارایی و یا امنیت اطلاعات و یا تلفیقی از این دو شود.

پیاده سازی RAID همچون بسیاری دیگر از تکنولوژی ها هم بصورت سخت افزاری و هم نرم افزاری امکان پذیر است که مسلما مدل سخت افزاری دارای سرعت و پایداری بیشتری است و مدل نرم افزاری فقط در شرایطی پیشنهاد میشود که با کمبود امکانات و بودجه مواجه هستیم و یا اینکه قرار است بر روی یک سیستم پشتیبان و نه مادر پیاده سازی شود. خوشبختانه همزمان با گسترش فرهنگ استفاده از سیستمها در بین مدیران و صاحبان مشاغل و اهمیت اطلاعات و حفظ آن برای این گروه، هزینه پیاده سازی RAID به کمک پیشرفت تکنولوژی روز به روز ارزانتر میشود و هم اکنون با توسعه بیش از پیش این تکنولوژی و کشیده شدن آن به دایره دیسکهای با تکنولوژی ATA حتی شاهد درخواست پیاده سازی این تکنولوژی بر روی سیستمهای رومیزی هستیم! اما فارغ از اینکه RAID بصورت نرم افزاری و یا سخت افزاری پیاده سازی میشود و یا نیاز ما استفاده از هارد دیسکهای SCSI و یا ATA است، تکنولوژی RAID دارای سطوح گوناگون است که در ادامه به ذکر عمده ترین آنها میپردازم:

RAID 0

ذخیره سازی روی چند دیسک بدون کنترل خطا

مزایا و مشخصات :

• داده ها به بلوکهایی تبدیل می شوند و هر بلوک در هارد دیسک مجزا ذخیره می شود.
• باعث بالا رفتن کارایی سیستم I/O می گردد چرا که بار ترافیکی نقل و انتقالات بین چندین کانال مجزا تقسیم می شود.
• بالارفتن کارایی بدلیل وجود کنترلرهای مختلفی که عمل کنترل ترافیک را به عهده می گیرند (افزایش سرعت)
• طراحی بسیار ساده ( زیرا مدار محاسبه Parity وجود ندارد )
• عدم پرداختن به محاسبات مربوطه به Parity وکنترل خطا ( افزایش سرعت به دلیل عدم پرداختن به محاسبات مربوط به Parity )

معایب :

• عدم استفاده از Parity
• هیچ گونه کد تشخیص و تصحیح خطا در این نوع RAID وجود ندارد
• از کار افتادن یک درایو باعث از دست رفتن کلیه اطلاعات خواهد شد.
• عدم کارایی در محیطهای حساس به حفظ داده ها

موارد استفاده :

• میکس و پردازش تصاویر ویدیویی (میکس و مونتاژ ).
• واژه پردازی (نرم افزارهای تایپ و… )
• کارهایی که نیاز به سرعت بالا دارد.

RAID 1

Backup  گیری همزمان داده ها به منظور Mirroring و  Duplexing Mirroringکپی برداری هم زمان روی دو درایو Duplexing . زمانی است که یکی از درایوها دچار مشکل شود و درایو سالمی را جایگزین نماییم سپس داده ها را روی درایو سالم کپی کنیم .

مزایا و مشخصات :

• هنگام سیکل نوشتن , گویی اطلاعات روی یک دیسک نوشته می شود ( در صورتیکه عملأ بر روی دو دیسک نوشته می شود ( مانندRAID 0  ) ولی عمل خواندن , ازهر دودیسک انجام می شود ( کاهش ترافیک گذرگاه
• نوشتن بر روی هر دو دیسک ولی خواندن مجزا
• قابلیت برگرداندن %۱۰۰ داده ها هنگام بروز مشکل برای یک دیسک .
• در نرخ انتقالات داده تغییر محسوسی نداریم. (یعنی وجود دو دیسک تفاوتی با یک دیسک ندارد ) .
• در شرایط خاص RAID1 توانایی تحمل خرابی بیش از یک دیسک را نیز دارد .
• ساده ترین طراحی در تکنولوژی RAID ( مدار مربوط به Parity وجود ندارد )

معایب :

بیشترین تعداد هارد دیسک در میان انواع RAID بسته به انتخاب User  ( هزینه بالا )
RAID 2

دارای خاصیت ECC با استفاده از کد همینگ

مزایا و مشخصات :

• تصحیح خطای بسیار سریع
• مناسب برای انتقال اطلاعات

معایب :

• طراحی بسیار یچیده که با صدمه دیدن یک دیسک دچار مشکل می شود .
• نامناسب در دید تجاری (تعداد زیاد درایوها )

کد همینگ : یکی از روشهای محاسبه و کنترل خطا در سیستمهای دیجیتال می باشد .انواع روشها برای کنترل ترافیک داده های دیجیتال وجود دارد به عنوان مثال Parity hamming code ,… که مجموعه این روشها را ECC می نامند .
RAID 3

: Error Checking and Correcting: انتقال موازی با استفاده از خاصیت Parity

مزایا و مشخصات :

• سیکل خواندن و نوشتن بسیار سریع .

معایب :

• طراحی بسیار پیچیده که با صدمه دیدن یک دیسک مجموعه دچار مشکل می شود

  کاربرد :

• میکس و مونتاژ تصویر
• ویرایش تصویر مانند RAID۰

RAID 4

دیسک های داده مجزا دیسک مربوط به Parity مشترک

مزایا و مشخصات :

• سیکل خواندن بسیار سریع ( ترافیک کمتر در گذرگاه)

معایب :

پیچیدگی بسیار بالا در طراحی مدار کنترلی مشکل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشکال در یک دیسک ( چرا که داده ها روی دیسکها توزیع شده است )

RAID 5
دیسک های داده مجزا و Parity توزیع شده در دیسکهای Data

مزایا و مشخصات :

• در این نوع به حداقل ۳ درایو دیسک سخت نیاز داریم .
• تک تک بلوک های داده روی دیسک ها نوشته می شوند و Parity مربوط به هر بلوک نیز داخل هارد مربوط ذخیره می گردد.
• سیکل خواندن بسیار سریع ( ترافیک کمتر در گذرگاه )
• سیکل نوشتن متوسط (محاسبات مربوط به Parity )
• قابلیت و اطمینان بالا (وجود ECC )

معایب :

• خرابی در یک دیسک در خروجی تاثیر ندارد.
• طراحی پیچیده مدار کنترلی
• مشکل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشکال

کاربرد :

• در سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی ISPها

RAID 6
دیسکهای داده ها مجزا با دو Parity توزیع شده مجزا

مزایا و مشخصات

• RAID 6 در واقع نسخه پیشرفته RAID 5 می باشد که تصحیح و کنترل خطا را بهبود می بخشد. این ویرایش RAID اطمینان و توانایی بالا در زمینه data storage فراهم می کند .
• بهترین انتخاب برای کاربردهای بحرانی و حساس

معایب:

• طراحی مدار کنترلی بسیار پیشرفته و پیچیده .
• سیکل نوشتن بسیار کند ( دوبار محاسبه مربوط به Parity ) نیاز به N+2 درایو دیسک سخت ( بدلیل دارا بودن N حالت Parity دو بعدی .تعداد دیسکهای سخت در حالت معمولی )
• ادغام اطمینان بالا با قابلیت بالا

RAID 7
نقل وانتقال بهینه شده غیر همزمان به منظوردستیابی به نرخ انتقال بسیار سریع

مزایا و مشخصات :

• نقل و انتقال غیر همزمان و دارای کنترلگرهای مستقل.
• درایو مجزا برای ذخیره کردن اطلاعات مربوط بهParity
• برخورداری از سیستم Open System و استفاده از گذرگاهSCSI
• گذرگاه Cache داخلی با سرعت بالا (X-bus )
• دیسک های خواندن و نوشتن از امکان Choching  استفاده میکنند.
• تکنولوژی مدار تولید Parity تا حدودی با سایر انواع Raid تفاوت دارد .
• امکان Hot Swapping Open system  ( به سیستمی اطلاق می شود که قابلیت سازگاری با سخت افزارها و نرم افزارهای مختلف را داشته باشد و امکان کارکردن در سیستمهای مختلف را به راحتی داشته باشد )

RAID 10
این Raid حداقل به ۴ دستگاه هاردیسک نیاز دارد . در واقع RAID 1+0 می باشد.

مزایا و مشخصات :

• عمل تکه تکه کردن بلوکهای داده همانند RAID1انجام می پذیرد .
• تصحیح و کنترل خطا نیز مانند Raid2 می باشد .
• نرخ انتقال بالا
• در شرایط معین , امکان تحمل خرابی چند دیسک در این نوع RAID وجود دارد .

معایب :

• بسیار گران قیمت
• منبع تغذیه حتمأ باید متصل به ups باشد .
• جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد .
• سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی .

RAID 53
نرخ انتقال بالا همراه با قابلیت انتقال مناسب

مشخصات و مزایا :

• این آرایه RAID حداقل به ۵ دستگاه دیسک سخت نیاز دارد.
• RAID53 در واقع باید RAID 0+3 نامیده شود زیرا عمل Striping آن همانند  RAID 0 بوده و Segment بندی آن نیز مانند RAID3 می باشد.
• تحمل خطای آن مانند RAID3 می باشد.
• نسبت به  RAID3   دارای نرخ انتقال بسیار بهتری می باشد.

معایب :

• قیمت بالا
• همه دیسک ها باید با همدیگر سنکرون شوند که انتخاب نوع و مدل درایو را محدود می سازد.

o   Stripe کردن در سطح بایتها نهایتأ در محاسبه ظرفیت فرمت شده تأثیر منفی می گذارد .

RAID 0+1
نرخ انتقال داده بهینه . حداقل به ۴ دستگاه هاردیسک نیاز دارد

مزایا و مشخصات :

• RAID 0+1 به عنوان آرایه آینه ای نیز معروف است با این تفاوت که قطعات داده ها یا Segment ها طبق استراتژی RAID 0 ایجاد شده اند .
• تحمل خطای این نوع آرایه مانند RAID5 می باشد .
• نرخ انتقال بالا
• بهترین انتخاب برای سیستمهایی که به کارایی بالا بدون توجه به حداکثر اطمینان نیاز داشته باشند .

معایب:

• RAID 0+1 نباید با RAID10 اشتباه گرفته شود . کوچکترین مشکل در عملکرد یک درایو , آرایه را به مدل RAID0 تبدیل خواهد کرد .
• قیمت بسیار بالا
• جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد .

کاربرد :

• پردازشهای تصویری و fileserver های عمومی .

Software RAID:

در این حالت نرم افزار بدون نیاز به  سخت افزار و  تنها با استفاده از امکانات سیستم به عنوان یک نرم افزار کاربردی در کنار سایر نرم افزارهای اجرا شده در سیستم عامل خواهد بود. هارد دیسک مورد استفاده در این روش همان دیسکی است که سیستم عامل روی آن قرار دارد.

MD driver در هسته لینوکس نمونه ای از این نوع است. این هسته از RAIDهای ۱، ۰، ۴ و ۵ پشتیبانی می کند.

RAIDهای ترکیبی:

این نوع از raid ترکیبی از سخت افزارها و نرم افزارهای موجود می باشد. مزیت این روش نسبت به دو روش بالا کم هزینه بودن و بازدهی مطلوب با توجه به هزینه کم می باشد.

تکنیک striping

در واقع در این تکنیک داده ها را به صورت هم زمان روی چند دیسک پخش می کنند.

مجموعه دیسک‌های سخت زیر فرمان کنترلر RAID، دیسک‌های سخت مجازی نامیده می‌شوند. سروری که به یک دستگاه RAID به هم می‌رسد، تنها دیسک سخت مجازی را می‌بیند؛ این حقیقت که کنترلر RAID، داده‌ها را روی چندین دیسک سخت فیزیکی پخش می‌کند، تماما از دید سرور پنهان است.

نوشتن داده ها رو چند دیسک و خواندن آنها از روی یک دیسک صورت می پذیرد.

دیسک‌های hot spare، در حالت عادی مورد استفاده قرار نمیگیرند. اگر یک دیسک دچار آسیب شود، کنترلر RAID، بی درنگ آغاز به  کپی نمودن داده‌های دیسک درست به جامانده روی یک دیسک hot spare می‌نماید. پس از جایگزینی دیسک آسیب دیده، دیسک تازه در زمرهٔ دیسک‌های hot spare می‌باشد. بازسازی داده‌ها از یک دیسک سخت آسیب دیده، همزمان با پردازش خواندن/نوشتن سرور روی دیسک سخت مجازی انجام می‌گیرد، به گونه ای که از دیدگاه سرور، یک افت کوچک در کارکرد، قابل مشاهده خواهد بود. دیسک‌های سخت مدرن، مجهز به برنامه‌های شناسایی هستند که خطاهای خواندن/نوشتن را به سرور گزارش می‌دهند.